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Bourdon-Röhre zur Druckmessung Die Erfindung betrifft Druckanzeige-Vorrichtungen
und besonders Anzeigevorrichtungen für den Druck von Flüssigkeiten vom Typ der Bourdon-Röhre.
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Die bisher verwendeten Druckmeßgeräte des Bourdon-Röhrentyps wurden
meist von innen mit Druck beaufschlagt. r. allgemeinen bestanden diese ii Inneren
init Druck beaufschlagten Meßgeräte aus einer gebogenen hohlen Röhre xylit eine.
ovalen oder elliptischon Querschnitt. Ein Ende der gebogenen Röhre war in Bezug
auf das Gehäuse des Druckmessers fixiert und gewöhnlich mit der zu messenden Druckquelle
verbunden0 Das andere Ende der gebogenen Röhre war abgedichtet, aber in Bozug auf
daß Druckmessergehäuse nicht fixiert, so daß Änderungen des Innendruckes eine Verbiegung
dieses Endes bewirkten. Eine Anzeigevorrichtung, beispielsweise ein Zeiger, war
dabei mit dem unbefestigton Ende der Röhre verbunden, UM den Grad der Druckänderung
zu registrieren.
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Von innen mit Druck beaufschlagte Meßgeräte haben sich bei vielen
Anwendungen, bei denen stabile, aber eipfindliche und genaue Vorrichtungen erforderlich
sind, als ungeeignet erwiesen. Die von innen mit Druck beaufschlagten Vorrichtungen
konnten den mechanisch und durch Flüssigkeit übertragenen Druckschwingungen ohne
vorzeitige Ermüdung nicht in ausreichendem Maße widerstehen.
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Solch Vorrichtungen, welche dafür konstruiert waren, solchen zerstörend
wirkenden Kräften zu widerstehen, waren teure, Sperringe und manchmal wenig empfindliche
Instrumente.
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Es ist ein Gegenstand der Erfindung, ein Meßgerät ton Typ der Bourdon-Röhre
sur Messung von Flüssigkeitsdruck au schaffen, weiches von außen mit Druck beaufschlagt
wird.
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Bin weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein empfindliches Druckmeßgerät
vorn Typ der Bourdon-Röhre mit einer stabilen Konstruktion, welches mechanischen
wie durch Flüssigkeit übertragenen Druckschwankungen widerstehen kann.
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Ein anderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Druckmeßgerätes
neuartiger Konstruktion, welches auf billige Art hergestellt werden kann.
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Wieder ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Schaffung
eines neuartigen Magmetantriebe zwischen der Bourdon-Röhre und den Anzeigemitteln,
Ferner besteht ein Merkmal der Erfindung in einer speziellen Kalibrier-Anordnung
für ein von außen mit Druck beaufschlagtes Druck meßgerät vom Typ der Bourdon-Rdhre
ait eine Magnetantrieb.
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Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen offenbart.
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Es zeigt: Fig. 1 eine teilweise aufgeschnittene Frontansicht einer
vorzugsweisen Ausführungsform einer Druckmeßvorrichtung nrch der Lehre der Zrfindung;
Fig. 2 eine teilweise gescnittene Seitenansicht des Druckmeßgerätes nach Fig. i;
Fig.
3 eine Frontansicht des Druckmeßgerätes, welche die Anzeigeskala des Gerätes zeigt;
Fig. 4 eine Seitenansicht des Gerätes; Fig. S eine isometrische Explosionsdarstellung
der Funktionsteile des Druckmeßgerätes; Fig. 6 eine teilweise schematische Detailzeichnung.
welche die Arbeitsweise der Kalibriermittel des Gerätes zeigt.
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Naoh den Fig. 1 - 4 besteht das Druckmeßgerät .10 aus einem Gehäuse
12 mit einer Öffnung 14 in seiner Rückwand 16 zur Aufnahme der Druckkapsel 18. Bin
an der Kapsel 18 in noch zu beschreibender Weise angebrachter Tragbügel 20 halt
die Kapsel 18 an des Gehäuse 12 vermittels Nieten 22 oder ähnlicher Befestigungsmittel
, Der Tragebügel 20 trägt zudem ein Gleitanordnung und eine Zeiger. baugruppe 2i,
welche innerhalb des Gehäuses 12 untergebracht i5tb Die Baugruppe 24 besteht aus
einen Zeiger 26. welcher auf einer Skala 28 die Druckmessung anzeigt. Die Skala
ist an dem Gehäuse 12 durch das Beobachtungsfenster 30 befestigt. welches die Skala
28 und eine Dichtungsscheibe 32 gegen einen Flansch 29 um das Gehäuse 12 klemmt.
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Eine Maske 34 für Abdeckung des Arbeitsmechanismus des Gerätes wird
gegen einen in der Skala 28 eingeformten Anschlag 36 vermittels einer Dichtung 38,
einer Glasplatte 40 und einem ander3n Dichtungsring 42 gehalten; diese Bauteile
werden alle durch das Bechachtungsfenster 30 unter Bildung praktisch einer Druckeinheit
auf ihrem Platz gehalten. Eine Entlüftungsöffnung 46 ist tit der Hinterseite des
Gehäuse 16 vorgeschen, um das Innere des Gehäuses 12 für den Fall eines Druckanstiegs
zu entlasten, damit
die Möglichkeit einer Explosion des Glases 40
vermieden wird0 Die Entlüftungsöffnung 46 besteht aus einem gestanzten Loch in dem
Gehäuse 12, wobei ein dünnes, nachgiebiges Diaphragma 48, z.B. aus Zinn oder Aluminiumfolie,
über das in dem Gehäuse 12 befindliche Loch gekittet ist. Zwei Stehbolzen 50 sind
an die Rückseite des Gehäuses 12 angeschweißt und tragen eine Montageplatte 52 zur
Halterung Des Geräte 10 in einer Instrumententefol oder ähnlichem in bekannter Weise.
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Anhand von Fig. 5 wird die Druckkapsel 18 und die Zeiger- und Gleitanordnung
24 im folgenden einzeln beschrieben. Die Druckkapsel 18 besteht aus zwei tassenförmigen
Teilen 54, 56, wobei das Teil 56 bündig in das Teil 54 hineinpaßt und wobei den
entsprechende geschlossenen enden 58 und 60 an entgegengesetzten Seiten angeordnet
sind, um eine geschlossene Kammer 62 zu bilden.
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Die zwei Teile 54. 56 werden durch einen Epoxy-Kleber, vorzugsweise
einem heißhärtonden Epoxy-Kleber, wie z.B. Hysol Typ A7-5270 der Hysol Corporation
zusammengehalten und abgedichtet.
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Das tassenförmige Teil 54 trägt einen Gewindestutzen 64 an seinem
geschlossenen Ende 58 zur Verbindung mit der zu messenden Druckquelle; ein verengter
Durchlaß 66 verbindet die Kammer 62 mit dem Inneren des Stutzens 64.
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Der verengte Durchlaß 66 zwischen der Druckquelle und der Kammer 62
wirkt dämpfend auf schnell aufeinanderfolgende Druckschwingunen. Die Flüssigkeit
von der Druckquelle drückt in die Kapsel 18 durch den verengten Durchlaß 66 ein.
wenn der Druckmesser mit der Druckquelle verbunden ist. Wenn die Kammer 62 Jedoch
gefüllt ist, sind schnelle Druckwechsel an der Druckquelle nicht auf die Kammer
62 übertragbar, und zwar wegen des Verlustes an dynamisches Druck, welcher durch
den verengten Durchlaß 66 bewirkt wird.
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Somit spricht die Flüssigkeit in der Kammer 62 primär auf Änderungen
des statischen Drucks an der Druckquelle an über nur wenig auf dynamische Druckänderungen.
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Die tassenförmigen Teile 54 und 56 sind aus nichtmagnetischem Material
geformt und werden vorzugsweise aus Aluminium hergestellt, und zwar aufgrund von
dessen Festigkeit, Preis und leichter Bearbeitbarkeit. Diese Teile können durch
Kalitspritzverfahren. welch. sehr ballig sind, geformt erden Das Formen vermittels
Kalt spritzen gestattet die Verwendung eines leiln 68 und einer Keilnut 70 zur Anordnung
der zwei Teile 54, 56, ohne daß dabei teure Bearbeitungsverfahren notwendig würden.
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In dor Kammer 62 befindet sich eine spiralig gewundene Bourdon-Röhre
72; diese iot auf einer Platte 74 befestigt, welche zwischen dem offenen Ende des
inneren Teils 56 und dem geschlossenen Ende des äußeren Teils 54 gehalten ist. Sie
wird auch durch den Keil 68, der durch die Keilnut 76 aufgenommen wird, in seiner
Lage gehalten und besitzt eine Öffnung 78, welche mit des verengten Durchlaß 66
in den Teil 64 fluchtet. Die Bourdon-Röhre 72 ist an beiden Enden vollständig abgedichtet,
wobei das eine Ende 80 mit einem Zapfen 82 verkittet ist, welcher an der Platte
angebracht ist. Das freie Ende 84 der Bourdon-Röhre 72 trägt einen Magneten 86.
Vorzugsweise wird zum Ankitten der Röhre 72 an den Zapfen 82 und des Magneten 86
die Röhre 72 ein Polyamid-Kleber mit relativ hchem Schmelzpunkt, wie beispielsweise
VERSALON (General Mills Company) verwendet, so daß dieser während der Wärmchärtung
des die zwei Teile 54, 96 verbindenden Epoxy-Klebars nicht schmilzt.
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Die spiralig gewundens Bourdon-Röhre 72 ist in der Kapsel 18 so angeordnet,
daß ihre Achse 88 im allgemeinen in kreunenden Winkeln zu der Achse 90 der zylindrischen
Kapsel 18 steht, wobei der an ihrem freien Ende 84 befestigte Magnet 86 sich in
wesentlichen parallel zur Achse 90 erstreckt, so daß der Magnetpol 92 an dr
freien
Ende des Magneten 86 innerhalb einer Aussparung 94 ange-Ordnet ist, welche in die
nnenfläche des geschlossenen Endes 60 des inneren Tassenteils 56 eingeformt ist.
Es sei bemerkt, daß die Aussparung 94 r dem Teil 56 auf sinfache @eise unter Verwendung
von Kaltspritz-Herstellungsverfahren eingearbeitet werdon kann.
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Aus den Zeichnungen geht hervor, daß das freie Ende 92 des Magneton
ein. im wesentlichen geradlinige Bewegung beschreibt, wenn der Druckunterschied
zwischen dem abgedichteten Inneren der Bourdon-Röhre 72 und der Flüssigkeit innerhalb
der Kammer 62, welche die Bonrdon-Röhre 72 umgibt, verändert wird, Die Aussparung
9S ist daher länglich geformt und erstrockt sich in einer Richtung, welche durch
den Laufweg des freien Endes 92 des bhgneten 86 definiert ist. Der Keil 68 in dem
äußeren Teil 54 und die Keilnuten 70 und 76 in dem inneren Teil 56 und der Platte
74 halten die verschiedenen Teile während der Herstellung des Gerätes auf ihrem
Plats, so daß das freie Ende 92 des Magmeten 86 innerhalb der Aussparung 94 in Nachbarschaft
zu dem einen Ende 96 bei einer Ruheiage verweilt.
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Die Ruh@@age stellt im allgemeinen einen Druckunterschied Null zwischem
dem Inneren und Äußeren der Bourdon-Röhre 72 der. Es sei Jedoch bemerkt, daß ein
Aufbau gewählt werden kann, bei dz ein Kontakt zwischen dem Magnetende 92 und dem
Ende 96 der Aussparung 94 hergestellt iat, um ein Vorspannung verleihende Kraft
auf die spiralig gewundene Röhre 72 einwirken tu lassen, um so die Druckanzeige
dos Gerätes in einem Bereich oberhalb eines gewissen Mini-ns festzulegen.
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Der Tragbügel 20 welcher die Zapfen- und Glettanordnung 24 trägt,
ist mit der Kapsel 18 vermittels Federn 98 verbunden, welche sich von dem offenen
Ende des äußeren tassenförmigen Gliedes 54 über das geschlossene Ende 60 des innern
tassenförmigen
Gliede 56 hinaus erstrecken. Die Federn 98 greifen
in dt. Nuten 100 um die gestanzte Öffnung 102 in den Tragbügel 20 ein. Die Dimensionen
der Federn 98 sind auf die Größen der Nuten 100 abgow stimmt, um den Bügel in Bezug
auf die Kapsel 18 festzuhalten; der Bügel ist mit dir Kapsel durch Einstecken der
Enden der Federn 98 vorbunden. Ein Pear Schenkel 102 erstrecken sich aus dem Hauptteil
104 des Tragebügels 20 und bilden einander gegenüberliegende Öffnungen in Nachbarschaft
zu dem Ende der Kapsel 18; diese Öffnungen können die Zeiger und Gleitanordnung
24 aufnehmen und halten.
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Die Zeiger und Gleitvorrichtung 24 besteht aus einem im wesentlichen
U-förmigen Gleitteil 108 mit zwei Schenkeln llO und 112.
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Ein Drehschaft 114 ist an einem zugespit@tem Ende in eine konischen
Lager 116 spitzengelngert, welches von einer eingebohrten oder eingepreßten Aussparung
in dem Schonkel 112 des U-förmigen Teils 108 gebildet wird. Das andere zugespitzte
Ende des Schaftes 114 ist in einem konischen Lager spitzengelagert, welches in einer
Sockelschraube 120, welche von einer irrit Gewinde versehenen Öffnung 121 in des
Schenkel 110 des Gleitteils auf aufgenommen wird, gebildet wird. Auf dem Schaft
114 sitzt Bit Preßpassung eine Büchse 122; auf diese ist ein scheibenförmiger Magnet
124 aufgekittet. Der Zeiger 26 paßt lose über das Ende der Büchse 122, welchs durch
den Magnet 124 hindurch vorspringt. Eine gefalzte Fedorbeilagscheibe 126, welche
von einer Beilagscheibe 128 mit Preßpassung auf des Schaft 114 festgehalten wird,
hält den Zeiger in gloitbarer Reibungs-Wirkwerbindung gegen den Magnet 124, so daß
dessen Winkelverhältnis mit der Magnetachse 134 des scheibenföritgen Magneten 124
eingestellt werden kann Der Schenkel 112 des U-förmigen Gleitteils 108 hat ein Paar
einander gegenüberliegander vorspringender Verlängerungen 130, welche von den Öffnungen
106 in dem Tragbügel 20 aufgenommen werden.
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Wenn die Teile so zusammengesetzt sind, befindet sich der davon getragene
Scheibenmagnet 124 in megnetischer Wirkverbindung mit dem Pol 92 des Stabmagneten
86 innerhalb der Kapsel 18. Der scheibenförmige Magnat 124 richtet sich semit so
aus, daß seine entgegengesetzt polarisierten Pole de ar nächsten liegende Winklstellung
zu dem Stabmagnetpol 92 erreichen. In dein Maße. wie der Druck in der Kammer 62
der Kapsel 18 schwankt, wandert das freie Polende des Stabmagneten 86 entlang der
Aussparung 94 und seine Anziehungskraft auf den sch eibenförmigen Magnet 124 veranlaßt
ihn, zusammen alt den Zeiger 26 um seine, durch den Schaft 114 definierte Achse
zu rotieren0 Die Gleitanordnung der Baugruppe 124 innerhalb der Bügelöffnungen 106
ist für Kalibrierungszwecke, wie nachfol-Send beschrieben wird, vorgesehen; di Baugruppe
124 wird mit dem Tragebügel 20 nach der Kalibrierung durch Umfalzen der Schenkel
102 des Bügels 20 und Verketten mit einem Schmelzkleber, wie bei i32 in Fig. -2
gezeigt, befestigt.
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Die Fig. 6 neigt in etwas schematischer Weise die Prinzipien, nach
denen die Gleitanordnung zwischen der Gleitbaugruppe 24 und dem Bügel ao kalibriert
wird. Das freie Ende 92 des Stabmagnoten wird in seiner Ruhelage an eines Ende 96
der Aussparung 94 gezeigt; es wird veranlaßt, sich nach links abwärts gegen das
andere Ende 136 der Ausaparung 94 entsprechend dem Druckanstieg zu bewegen. Der
scheibenförmige Magnet 124 richtet sich natürlicherweise so aus, daß eine Polaricationeschse
134 alt dei Magnet 86 fluchtet. In dem Maße, wie der Druck ansteigt und der Magnet
86 auf seine Grenzposition am anderen Ende 136 der Aussparung 94 zuwandert, rotiert
der scheibenförmige Magnet 124 um seine Achse, wobei der Zeiger sich durch den Winkel
α bewegt.
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In Palle der durch den Buchstaben "a" von Fig. 6 bezeichneten Ortsbedingung,
bei der der Magnet 124 sehr nahe an dem Laufweg des Stabmagnetpols 92 steht, bewegt
sich der Zeiger 26 um einen Winkel α von etwa 900 im Falle einer vollen Ablenkung
dee Magnetpola
92. Wenn der scheihenförmige Magnet 124 jedoch
eine wesentliche St@ecke von dem Laufweg des Stabmagnetpole 92, wie in Fig. 6 bei
b gemeigt, bewet wird, wird der Winkel, über den sich der Zeiger 26 dreht, wesentlich
herabgesetzt. Es sei jedoch bemerkt, daß' sich der Winkel ß zwischen den Zeiger
26 und der Linie 134 nicht ändert, wenn sich die Rotationsachse des Scheibenmagneten
quer entlang der Linie 134, welche durch seine Polachse definiert ist, wenn der
Stabmagnet 26 in seiner Ruhelage ist, nicht ändert.
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Dies erlaubt eine Kalibrierung des Meßgeräts durch die, folgenden
Maßnahmen: @enn alls Teile des Geräte zusammengesetzt sind, wobei die Zeigertuld
Gleitbaugruppe 24 sich gleitbar mit den Öffnungen 106 in des Tragebügel 20 abstutzen,
kann der Zeiger 26 @ in Besug auf den Scheibennagnet 124 in die Null-Lage gedreht
werden. Der Druck in der Kt'wner 22 wird dann erhöht auf den vollen Skalenwert,
und die Einstellung des Zeigers 26 mit dem vollen Skalenwert auf der Skkla 28 wird
notiert. enn der Zeiger und die Skala nicht den vollen Skalendruck registrieren,
wird der Zapfen und die Gleitanordnung 24 gleitend verschoben, bis der volle Skalenwert
erreicht ist. Die Gleitanordnung wird dann festgekittet, so daß sie kalikriert bleibt.
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Es sei bemerkt, daß der tatsächliche Betrag der zum Erreichen der
vollen Skalenanzeige erforderlichen Gleitjustierung im allgemeinen sehr klein ist
und nie den Extremwert, wie er in Fig. 6 (b) gezetgt ist, erreicht. Daher ist die
leichte Verrückung der Nullanzeige £s allgeseinen unbedeutend, um ino Gewicht zu
fallen. Es aber auch dieser kleirre Betrag der Verrtickung aus der Null-Lage dadurch
ausgeschaltet werden, indem man die Lage der Ruheposition des Stabmagnetpole 92
so ändert, daß der Scheibenmagnet 124 seine Polachse in Fluchtrichtung su dem in
der Ruhelage befindlichen Zeiger 26 hat. Die Richtung, entlang der das Gleitteil
108 innerhalb
des Bügels 20 gleitet, muß ebenfalls geändert werden,
damit sie mit der Richtung des Zeigera 26 zusammenfällt. Diese Anordnung wurde Jedoch
in der offenbarten, vorzugsweisen Ausführungsform nicht verwendet, und zwar wegen
der Lagenvorhältnisse der Einselteils des Gerätes.
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Es versteht sich, daß viele Spielarten im Rahmen der offenbarten,
vorzugeweisen Ausführungsform möglich sind, ohne von der allgemein gegebenen Lehre
abzuweichen.